EP1439311A1 - Linearantrieb mit Positionserfassungsmitteln - Google Patents

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EP1439311A1
EP1439311A1 EP03027188A EP03027188A EP1439311A1 EP 1439311 A1 EP1439311 A1 EP 1439311A1 EP 03027188 A EP03027188 A EP 03027188A EP 03027188 A EP03027188 A EP 03027188A EP 1439311 A1 EP1439311 A1 EP 1439311A1
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EP
European Patent Office
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linear drive
guide
linear
drive according
housing
Prior art date
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EP03027188A
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English (en)
French (fr)
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EP1439311B1 (de
Inventor
Thomas Feyrer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP1439311A1 publication Critical patent/EP1439311A1/de
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Publication of EP1439311B1 publication Critical patent/EP1439311B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2892—Means for indicating the position, e.g. end of stroke characterised by the attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a linear drive, with a drive housing, in which at least one to a drive movement drivable drive part is arranged with a Guide carriage is motion-coupled to the fastener intended to attach a load to be moved and one on at least one guide rail
  • Linear guide arranged on the outside of the drive housing in this way is linearly displaceable that the to be moved by the Load on it lateral forces from the linear guide be recorded, and with position detection means for the guide carriage, the one in a housing extending along the travel path of the guide carriage, electronically evaluable measuring section unit and one with the Guide carriage motion-coupled permanent magnetic Actuating unit for actuating the measuring section unit having.
  • the position detection means a separate housing, This is done using fastening tabs on the actuator housing of the linear actuator is fixed.
  • this separate housing is one Measuring section unit working on the magnetostrictive principle housed by a permanent magnetic actuator is excited, which is adjustable in a on the housing arranged runners sits. The runner is over one Coupling link with the guide slide of the linear drive coupled to a linear guide on the outside of the drive housing is stored. A load to be moved is on the guide carriage attached, the linear guide being the one of the load exerted transverse forces so that the runner of the position detection means is not charged.
  • EP 0649004 B1 has already proposed that one formed by a conventional cylinder Linear drive the measuring section unit of the position detection means to accommodate in the drive housing and the actuation unit to integrate into the drive part. At this Configuration, however, no guide carriage is provided, so that the use is limited to use cases, where there are no large transverse forces. Also requires the integration of the actuation unit in the drive part a relatively large manufacturing effort.
  • the linear guide can have a single guide rail, that gripped like a rider by the guide carriage becomes.
  • One with the drive housing is particularly easy to manufacture one-piece design of the guide rail.
  • the drive housing including the molded guide rail getting produced.
  • the Recording channel can be formed in a precise parallel position.
  • An attachment can then, for example, by gluing, by rolling in or screwing on.
  • the linear drive can be a fluid force actuated linear drive or an electrically operated Act linear actuator. There are designs with and without Piston rod possible.
  • Position detection devices have proven to be particularly precise proven that are based on the magnetostrictive principle.
  • the actuating unit of the position detection means is preferred well protected inside the guide carriage. It can also be very close to the Guide rail and thus placed at the measuring section unit become.
  • a particularly simple assembly for the measuring section unit results when the receiving channel is one to the outer contour of the Measuring section unit has complementary inner contour, wherein it is expedient to have a circular contour.
  • the measuring section unit can be viewed from one end be inserted into the receiving channel of the guide rail.
  • the concept according to the invention can be used for different Use types of linear drives. You can interpret it like this that the development costs and the effort for trials and Qualifications do not arise with every product development, universal use is possible. The development times and the development costs can therefore be reduced become. Due to the multifunctionality of the guide rail, on the one hand as a linear guide for the guide carriage and on the other hand as a receptacle for the measuring section unit, space can be saved, which allows compact dimensions.
  • the embodiment is one in his Set of fluid-actuated linear drives provided with reference number 1, especially with compressed air as the driving fluid is operated.
  • a hydraulic mode of operation would be, however also conceivable.
  • the linear drive 1 shown belongs to the genus of rodless Linear drives. However, the invention could also realized in connection with a linear drive be that has at least one piston rod. Furthermore it should be mentioned that the measures according to the invention also suitable for electrically actuated linear drives.
  • the linear drive 1 has an elongated, tubular Drive housing 2, the one from one end to the other in Longitudinal continuous interior 3 defined and at the two end faces each closing the interior 3 Housing cover 4, 5 is attached.
  • each work space 12 communicates with its own control opening 13a, 13b, via which the working fluid is supplied and removed can be to drive part 7 to a linear movement in one direction or another.
  • the linear movement of the drive part 7 is, at least in Direction of the longitudinal axis 6 without play, on one outside of the drive housing 2 arranged guide carriage 14 transmitted.
  • This is equipped with fasteners 15 - for example Mounting grooves and / or mounting holes -, which a particularly releasable attachment of a to be transported Allow load 16.
  • the load 16 can, for example be formed by a gripping device when the linear drive is used in handling technology.
  • the too transporting load 16 is only dash-dotted in the drawing indicated.
  • the axially backlash-free motion coupling between the drive part 7 and the guide carriage 14 by a Carrier 17 realizes a longitudinal slot 18 of the drive housing 2 and the interior 3 with the Drive part 7 and outside of the drive housing 2 with the Guide carriage 14 is connected.
  • the longitudinal slot 18 is located at one point on the circumference of the interior 3, being radially inside in the interior 3 and radially outside Outer surface of the drive housing 2 opens out.
  • a flexible sealing tape 22 which is axially on both sides the drive part 7 with a seal on the two Flanks of the longitudinal slot 18 is present. That way no working fluid can escape from the working spaces 12.
  • the sealing tape to the interior 3 lifted off from the longitudinal slot 18, so that the preferred web-like driver 17 through the longitudinal slot 18th can reach through.
  • a flexible masking tape 21 may be associated with penetration prevented from contamination in the longitudinal slot 18.
  • rodless linear drive 1 of the embodiment it is a so-called slot cylinder.
  • the linear drive 1 could be used to couple the movement of the drive part 7 and guide carriage 14 also via a piston rod feature.
  • the piston rod would then be on the drive part 7 attack and at least one of the housing covers 4, 5 after enforce outside, being outside the drive housing 2, by a suitable mechanical connection device, drivingly connected to the guide carriage 14 is.
  • the linear drive could also have several drive parts 7, that together on one and the same guide carriage 14 act.
  • An electric linear drive could be used as a drive part 7 a rotatably fixed nut can be provided, which on a extending between the two housing covers 4, 5 Spindle is arranged by an electric motor can be rotated to a linear movement of the Mother and the guide carriage coupled to this movement 14 cause.
  • This linear guide 23 contains at least one - in the exemplary embodiment exactly one - guide rail 24, which is arranged on the outer circumference of the drive housing 2 is and over its entire length, parallel to Longitudinal axis 6 extends. It is fixed to the drive housing 2 connected.
  • the guide rail 24 is preferred by the guide carriage 14 encompassed like a rider, as exemplified in FIG evident.
  • the guide rail 24 has against each other opposite long sides across parallel, towards the Longitudinal axis 6 extending guideways 25 with which on the guide carriage 14 fixed guide elements 26 in guide engagement stand. It can be an educational design a sliding guide or to form a rolling guide act.
  • the guide rail 24 is in one piece formed with the drive housing 2.
  • the one-piece is expediently only on a rib-like protruding from the drive housing 2, over the entire length of the drive housing 2 continuous base body 27, which is made of the same material as the drive housing 2 exists. It is convenient aluminum material or another non-ferromagnetic material Material for reasons to be explained is able to pass a magnetic field.
  • the drive housing together with the base body 27 be produced by extrusion.
  • the guideways 25 on separate guide rails 28 provide with which the base body 27 is equipped.
  • These can then be made from a wear-resistant material the selection of which is independent of the choice of material of the base body 27. For example, they consist of hardened Steel.
  • the linear drive 1 is equipped with position detection means, all of which are provided with reference number 32 are. With them it is possible to take any momentary axial position of the guide carriage 14 with respect to the drive housing 2 to determine. This is a precise control of the linear drive 1 possible and the linear drive 1 in an electronic control system can be integrated. It is then possible, the actuation of the drive part 7 depending on the position to control and also any other position-dependent To initiate functions, for example the actuation of a another linear drive or a load 16 forming Gripping device.
  • the position detection means 32 contain an elongated, preferably rod-shaped measuring section unit 33 which sheltered in a housing along the Travel path of the guide carriage 14 extends.
  • This housing is formed directly by the guide rail 24, which penetrate the base body 27 in the longitudinal direction Receiving channel 34 into which the measuring section unit 33 is inserted from one end.
  • the receiving channel 34 expediently extends over the entire Length of the guide rail 24 through and opens to both End faces. Will the guide rail 24 during manufacture of the drive housing 2 with molded, is in the corresponding Extrusion process advantageously also at the same time the receiving channel 34 is formed. This way you reach an exact parallelism between the longitudinal axis 45 of the receiving channel 34 and that of the guide rail 24.
  • the receiving channel 34 can also pass through other common manufacturing methods in the guide rail 24 be introduced. This is particularly the case if the guide rail 24 one with respect to the drive housing 2 is a separate component, as shown in Figure 2 by a dash-dotted dividing line is indicated at 35 and how this is also expressed in Figure 3. Then it can act in the receiving channel 34, for example, a bore.
  • the Measuring section unit 33 preferably a complementary, circular cylindrical Has outer contour. In this way it is achieved that the inserted measuring section unit 33 without other cross support measures very precisely in the receiving channel 34 is held.
  • the measuring section unit 33 Is located at an end region of the measuring section unit 33 a fastening body 36. It can in the inserted state the measuring section unit 33 on the drive housing 2 and / or on assigned housing cover 4 are releasably attached. On in this way, the measuring section unit 33 is fixed to the housing.
  • an electronic evaluation unit 37 is arranged via a cable 38 or by other connection measures can be coupled to an external control device. She can if necessary, be integrated into the fastening body 36 and delivers the desired position signals. However, it is quite possible, the evaluation unit not directly on the To provide measuring section unit 33, but to place it externally.
  • the receiving channel 34 is closed all around on the circumference. In this way, the measuring section unit 33 is protected from environmental influences well protected.
  • the measuring section unit 33 is of a permanent magnetic type Actuating unit 42 actuates itself immediately Board of the carriage 14 is located. The actuation unit 42 thus makes the linear movement of the guide carriage 14 with.
  • the actuating unit 42 continuously outputs a magnetic field, which is capable of being at least partially made of magnetic field permeable Material existing guide rail 24 through to get to the measuring section unit 33.
  • a magnetic field which is capable of being at least partially made of magnetic field permeable Material existing guide rail 24 through to get to the measuring section unit 33.
  • the field lines of permanent magnetic Actuating unit 42 made of material permeable to magnetic fields penetrate existing base body 27 and with large Act field strength on the measuring section unit 33.
  • the operating unit 42 can be made compact here like a pill. Prefers it sits in one from the outside in the guide carriage 14 introduced blind hole-like receptacle 43, wherein this receptacle 43 by a press-in cover 44 or can be closed by other measures, so that the actuating unit 42 is held captive.
  • the arrangement is preferably such that the longitudinal axis 6 of the interior 3, the longitudinal axis 45 of the receiving channel 34 and the actuating unit 42 lie in a common plane.
  • the actuation unit 42 is preferably on the interior 3 radially opposite side of the receiving channel 34 on Guide carriage 14 arranged.
  • the recording 43 can in a wing 48 of the guide carriage 14 is formed on which the load 16 to be transported is placed and expediently also with the fastening means 15 Is provided.
  • the position detection means 32 preferably work up magnetostrictive principle.
  • the Measuring section unit 33 in the exemplary embodiment itself linearly extending sound waveguide 46, which consists of a for Suitable material magnetostriction. He is with the electronic evaluation unit 37 coupled or connectable.
  • the electronic evaluation unit 37 coupled or connectable.
  • it is tubular, wherein its outer contour corresponds to the inner contour of the receiving channel 34. Extends parallel to this sound waveguide 46 a simple wire, for example electrical conductor 47, which is concentric in the exemplary embodiment arranged in the tubular acoustic waveguide 46 is.
  • the electrical Conductor 47 energized with pulses.
  • One by the electrical Conductor 47 passed short surge creates one wandering magnetic field, which is where the actuator 42 is currently located locally from the magnetic field of this Actuating unit 42 is superimposed.
  • a mechanical tension on the sound waveguide 46 triggers a torsion wave, which moves at the speed of sound continues and at the end of the sound waveguide 46 is converted into electrical impulses.
  • the time between the occurrence of these electrical impulses and the initial Current pulse enables the determination in the evaluation unit 37 the current position of the actuator 42 and thus of the guide carriage 14 carrying this.

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Abstract

Es handelt sich um einen Linearantrieb, mit einem Antriebsgehäuse (2), in dem ein Antriebsteil (7) angeordnet ist, das mit einem Führungsschlitten (14) bewegungsgekoppelt ist, der an mindestens einer Führungsschiene (24) einer außen am Antriebsgehäuse (2) angeordneten Linearführung (23) linear verschiebbar geführt ist. Es sind Positionserfassungsmittel (32) für den Führungsschlitten (14) vorgesehen, die eine sich in einem Gehäuse längs des Verfahrweges des Führungsschlittens (14) erstreckende, elektronisch auswertbare Messstreckeneinheit (33) und eine mit dem Führungsschlitten (14) bewegungsgekoppelte permanentmagnetische Betätigungseinheit (42) zur Betätigung der Messstreckeneinheit (33) aufweisen. Die Messstreckeneinheit (33) sitzt in einem in einer Führungsschiene (24) der Linearführung (23) ausgebildeten, umfangsseitig geschlossenen Aufnahmekanal, sodass diese Führungsschiene (24) unmittelbar das Gehäuse für die Messstreckeneinheit (33) bildet, wobei sich die Betätigungseinheit (42) unmittelbar an Bord des Führungsschlittens (14) befindet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, mit einem Antriebsgehäuse, in dem mindestens ein zu einer Antriebsbewegung antreibbares Antriebsteil angeordnet ist, das mit einem Führungsschlitten bewegungsgekoppelt ist, an dem Befestigungsmittel zum Befestigen einer zu bewegenden Last vorgesehen sind und der an mindestens einer Führungsschiene einer außen am Antriebsgehäuse angeordneten Linearführung derart linear verschiebbar geführt ist, dass die durch die zu bewegende Last auf ihn einwirkenden Querkräfte von der Linearführung aufgenommen werden, und mit Positionserfassungsmitteln für den Führungsschlitten, die eine sich in einem Gehäuse längs des Verfahrweges des Führungsschlittens erstreckende, elektronisch auswertbare Messstreckeneinheit und eine mit dem Führungsschlitten bewegungsgekoppelte permanentmagnetische Betätigungseinheit zur Betätigung der Messstreckeneinheit aufweist.
Bei einem aus dem Katalog "Produkte 2000", Seite 3.2-8, der FESTO AG & Co hervorgehenden Linearantrieb dieser Art enthalten die Positionserfassungsmittel ein gesondertes Gehäuse, das über Befestigungslaschen am Antriebsgehäuse des Linearantriebes fixiert ist. In diesem gesonderten Gehäuse ist eine auf magnetostriktivem Prinzip arbeitende Messstreckeneinheit untergebracht, die durch eine permanentmagnetische Betätigungseinheit erregt wird, die in einem an dem Gehäuse verstellbar angeordneten Läufer sitzt. Der Läufer ist über ein Kupplungsglied mit dem Führungsschlitten des Linearantriebes gekoppelt, der an einer Linearführung außen am Antriebsgehäuse gelagert ist. Eine zu bewegende Last wird am Führungsschlitten befestigt, wobei die Linearführung die von der Last ausgeübten Querkräfte aufnimmt, sodass der Läufer der Positionserfassungsmittel nicht belastet wird. Allerdings können sich durch die beschriebene Kopplung zwischen Führungsschlitten und Läufer toleranzbedingte Ungenauigkeiten einstellen, die der Präzision der Positionserfassung abträglich sind. Außerdem ist die bei der Montage herzustellende parallele Ausrichtung zwischen dem Gehäuse der Positionserfassungsmittel und der Linearführung des Linearantriebes relativ umständlich und ebenfalls stark toleranzbehaftet.
In der EP 0649004 B1 ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem von einem konventionellen Arbeitszylinder gebildeten Linearantrieb die Messstreckeneinheit der Positionserfassungsmittel im Antriebsgehäuse unterzubringen und die Betätigungseinheit in das Antriebsteil zu integrieren. Bei dieser Ausgestaltung ist allerdings kein Führungsschlitten vorgesehen, sodass sich der Einsatz auf Anwendungsfälle beschränkt, bei denen keine großen Querkräfte auftreten. Zudem erfordert die Integration der Betätigungseinheit in das Antriebsteil einen relativ großen Herstellungsaufwand.
Nach internem Kenntnisstand der Anmelderin, der druckschriftlich nicht belegbar ist, existieren auf dem Sektor der Werkzeugmaschinen bereits Positionserfassungssysteme, bei denen in eine zur Führung eines Maschinenteils vorgesehene Schiene eine Nut eingebracht ist, in der ein magnetisch oder optisch codiertes Band liegt, das von einem mit dem Maschinenteil bewegungsgekoppelten Lesekopf ausgelesen werden kann. Ein solches System ist allerdings stark verschmutzungsanfällig. Außerdem ist zwingend das Mitführen von an den Lesekopf angeschlossenen Kabeln erforderlich, um die generierten Signale ableiten zu können, was zum einen relativ umständlich und zum anderen sehr störungsanfällig ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Positionserfassungsmittel eines Linearantriebes so zu optimieren, dass bei kompakten Abmessungen und kostengünstiger Herstellung eine präzise Funktionsweise gewährleistet ist.
Bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Messstreckeneinheit in einem in einer Führungsschiene der Linearführung ausgebildeten, umfangsseitig geschlossenen Aufnahmekanal sitzt, sodass diese Führungsschiene unmittelbar das Gehäuse für die Messstreckeneinheit bildet, und dass sich die Betätigungseinheit unmittelbar an Bord des Führungsschlittens befindet.
Auf diese Weise erübrigt sich ein separates Gehäuse für die Messstreckeneinheit, was den baulichen Aufwand stark reduziert. Die Integration in die sowieso erforderliche Führungsschiene ermöglicht zudem die Einhaltung kompakter Außenabmessungen. Außerdem ist dadurch eine sehr präzise Installation möglich, weil sich die Messstreckeneinheit sehr exakt parallel zur Führungsschiene ausrichten lässt. Durch die an Bord des Führungsschlittens befindliche Betätigungseinheit kann das Antriebsteil des Antriebsgehäuses konventionell aufgebaut werden, was unter anderem auch deshalb von Vorteil ist, weil in dem Antriebsteil erfahrungsgemäß wesentlich weniger Platz für die Integration einer Betätigungseinheit zur Verfügung steht als in dem außen am Antriebsgehäuse angeordneten Führungsschlitten. Durch die an Bord des Führungsschlittens befindliche Betätigungseinheit wird außerdem eine direkte Wegmessung erzielt, ohne Umweg über weitere Bauteile, was sich ebenfalls positiv auf die Genauigkeit niederschlägt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Linearführung kann eine einzige Führungsschiene aufweisen, die von dem Führungsschlitten reiterartig umgriffen wird.
Besonders einfach in der Herstellung ist eine mit dem Antriebsgehäuse einstückige Ausgestaltung der Führungsschiene. Hier kann beispielsweise im Rahmen eines Strangpressvorganges das Antriebsgehäuse einschließlich der angeformten Führungsschiene hergestellt werden. Zudem kann hier gleichzeitig der Aufnahmekanal in präziser Parallellage eingeformt werden.
Vor allem zur Nachrüstung bestehender Linearantriebe kann es allerdings vorteilhaft sein, die Führungsschiene als bezüglich des Antriebsgehäuses gesondertes Bauteil auszubilden.
Eine Befestigung kann dann beispielsweise durch Ankleben, durch Einwalzen oder durch Anschrauben realisiert werden.
Bei dem Linearantrieb kann es sich um einen mittels Fluidkraft betätigten Linearantrieb oder um einen elektrisch betätigten Linearantrieb handeln. Es sind Bauformen mit und ohne Kolbenstange möglich.
Als besonders präzise haben sich Positionserfassungsmittel erwiesen, die auf magnetostriktivem Prinzip beruhen.
Die Betätigungseinheit der Positionserfassungsmittel ist bevorzugt gut geschützt im Innern des Führungsschlittens untergebracht. Sie kann auf diese Weise auch sehr nahe bei der Führungsschiene und somit bei der Messstreckeneinheitplatziert werden.
Eine besonders einfache Montage für die Messstreckeneinheit ergibt sich, wenn der Aufnahmekanal eine zur Außenkontur der Messstreckeneinheit komplementäre Innenkontur besitzt, wobei es sich zweckmäßigerweise um eine kreisförmige Kontur handelt. Die Messstreckeneinheit kann von einer Stirnseite her in den Aufnahmekanal der Führungsschiene eingeschoben werden.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich für unterschiedliche Arten von Linearantrieben einsetzen. Man kann es so auslegen, dass die Entwicklungskosten und der Aufwand für Versuche und Qualifizierung nicht bei jeder Produktentwicklung neu entstehen, sondern ein universeller Einsatz möglich ist. Die Entwicklungszeiten und die Entwicklungskosten können mithin reduziert werden. Durch die Multifunktionalität der Führungsschiene, zum einen als Linearführung für den Führungsschlitten und zum anderen als Aufnahme für die Messstreckeneinheit, kann Bauraum eingespart werden, was kompakte Abmessungen zulässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1
eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearantriebes in einer perspektivischen Darstellung, teilweise aufgebrochen,
Fig. 2
eine perspektivische Querschnittsdarstellung des Linearantriebes aus Fig. 1 gemäß Schnittlinie II-II und
Fig. 3
in einer explodierten Einzeldarstellung die bei dem Linearantrieb der Fig. 1 und 2 vorgesehene Linearführung mit zugehörigem Führungsschlitten und der Messstreckeneinheit.
Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehenen fluidbetätigten Linearantrieb, der insbesondere mit Druckluft als Antriebsfluid betrieben wird. Eine hydraulische Betätigungsweise wäre allerdings ebenfalls denkbar.
Der abgebildete Linearantrieb 1 gehört zur Gattung der kolbenstangenlosen Linearantriebe. Allerdings könnte die Erfindung auch in Verbindung mit einem Linearantrieb realisiert werden, der mindestens eine Kolbenstange aufweist. Des Weiteren sei zu erwähnen, dass sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch für elektrisch betätigbare Linearantriebe eignen.
Der Linearantrieb 1 verfügt über ein längliches, rohrförmiges Antriebsgehäuse 2, das einen vom einen zum anderen Ende in Längsrichtung durchgehenden Innenraum 3 definiert und an dessen beiden Stirnseiten jeweils ein den Innenraum 3 verschließender Gehäusedeckel 4, 5 angebracht ist.
In dem Innenraum 3 befindet sich ein in Richtung der Längsachse 6 verstellbares Antriebsteil 7, das bei der vorliegenden fluidbetätigten Bauart des Linearantriebes 1 von einem Kolben gebildet ist. Mindestens eine am Außenumfang des Antriebsteils 7 angeordnete umlaufende Dichtung 8 bewirkt, dass der Innenraum 3 unter Abdichtung axial in zwei Arbeitsräume 12 unterteilt wird, von denen in Fig. 1 einer sichtbar ist. Jeder Arbeitsraum 12 kommuniziert mit einer eigenen Ansteueröffnung 13a, 13b, über die das Arbeitsfluid zugeführt und abgeführt werden kann, um das Antriebsteil 7 zu einer Linearbewegung in der einen oder anderen Richtung zu veranlassen.
Die Linearbewegung des Antriebsteils 7 wird, zumindest in Richtung der Längsachse 6 spielfrei, auf einen außen am Antriebsgehäuse 2 angeordneten Führungsschlitten 14 übertragen. Dieser ist mit Befestigungsmitteln 15 ausgestattet - beispielsweise Befestigungsnuten und/oder Befestigungslöcher -, die eine insbesondere lösbare Befestigung einer zu transportierenden Last 16 ermöglichen. Die Last 16 kann beispielsweise von einer Greifvorrichtung gebildet sein, wenn der Linearantrieb in der Handhabungstechnik eingesetzt wird. Die zu transportierende Last 16 ist in der Zeichnung nur strichpunktiert angedeutet.
Die axial spielfreie Bewegungskopplung zwischen dem Antriebsteil 7 und dem Führungsschlitten 14 wird durch einen Mitnehmer 17 realisiert, der einen Längsschlitz 18 des Antriebsgehäuses 2 durchgreift und der im Innenraum 3 mit dem Antriebsteil 7 und außerhalb des Antriebsgehäuses 2 mit dem Führungsschlitten 14 verbunden ist. Der Längsschlitz 18 befindet sich an einer Stelle des Umfanges des Innenraumes 3, wobei er radial innen in den Innenraum 3 und radial außen zur Außenfläche des Antriebsgehäuses 2 ausmündet.
Im Bereich des Innenraumes 3 erstreckt sich entlang des Längsschlitzes 18 ein flexibles Dichtband 22, das axial beidseits des Antriebsteils 7 unter Abdichtung an den beiden Flanken des Längsschlitzes 18 anliegt. Auf diese Weise kann aus den Arbeitsräumen 12 kein Arbeitsfluid entweichen. Im Bereich des Antriebsteils 7, zwischen zwei axial beabstandeten Dichtungen 8 des Antriebsteils 7, ist das Dichtband zum Innenraum 3 hin vom Längsschlitz 18 abgehoben, sodass der bevorzugt stegartige Mitnehmer 17 durch den Längsschlitz 18 hindurchgreifen kann.
In ähnlicher Weise kann der Außenseite des Längsschlitzes 18 ein flexibles Abdeckband 21 zugeordnet sein, das ein Eindringen von Verunreinigungen in den Längsschlitz 18 verhindert.
Bei dem kolbenstangenlosen Linearantrieb 1 des Ausführungsbeispiels handelt es sich um einen sogenannten Schlitzzylinder.
Es wäre möglich, die Bewegungskopplung zwischen dem Antriebsteil 7 und dem Führungsschlitten 14 berührungslos durch eine Magnetkupplung vorzusehen. In diesem Fall wäre an wenigstens einer der beiden erwähnten Komponenten, vorzugsweise an beiden, eine permanentmagnetische Magnetanordnung vorgesehen, die die gewünschte synchrone Übertragung der Antriebskraft gewährleistet. Bei einer solchen Bauform kann auf einen Längsschlitz im Antriebsgehäuse 2 verzichtet werden.
Der Linearantrieb 1 könnte zur Bewegungskopplung von Antriebsteil 7 und Führungsschlitten 14 auch über eine Kolbenstange verfügen. Die Kolbenstange würde dann am Antriebsteil 7 angreifen und wenigstens einen der Gehäusedeckel 4, 5 nach außen hin durchsetzen, wobei sie außerhalb des Antriebsgehäuses 2, durch eine geeignete mechanische Verbindungseinrichtung, mit dem Führungsschlitten 14 antriebsmäßig verbunden ist.
Der Linearantrieb könnte auch mehrere Antriebsteile 7 aufweisen, die gemeinsam auf ein und denselben Führungsschlitten 14 einwirken.
Bei einem elektrischen Linearantrieb könnte als Antriebsteil 7 eine drehfest fixierte Mutter vorgesehen sein, die auf einer sich zwischen den beiden Gehäusedeckeln 4, 5 erstreckenden Spindel angeordnet ist, welche durch einen Elektromotor in Rotation versetzt werden kann, um eine Linearbewegung der Mutter und des mit dieser bewegungsgekoppelten Führungsschlittens 14 hervorzurufen.
Die vorstehende Schilderung der möglichen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Linearantriebes ist als nicht abschließend zu verstehen.
Damit die von der zu bewegenden Last 16 auf den Führungsschlitten 14 einwirkenden Querkräfte nicht auf das Antriebsteil 7 übertragen werden und den Verschleiß fördern, ist der Führungsschlitten 14 an einer außen am Antriebsgehäuse 2 vorgesehenen Linearführung 23 in entsprechender Weise linear verschiebbar gelagert. Diese Linearführung 23 enthält mindestens eine - beim Ausführungsbeispiel genau eine - Führungsschiene 24, die am Außenumfang des Antriebsgehäuses 2 angeordnet ist und sich über dessen gesamte Länge, parallel zur Längsachse 6, erstreckt. Sie ist fest mit dem Antriebsgehäuse 2 verbunden.
Bevorzugt wird die Führungsschiene 24 von dem Führungsschlitten 14 reiterartig umgriffen, wie dies aus Figur 2 exemplarisch hervorgeht. Die Führungsschiene 24 verfügt an einander entgegengesetzten Längsseiten über parallele, in Richtung der Längsachse 6 verlaufende Führungsbahnen 25, mit denen am Führungsschlitten 14 fixierte Führungselemente 26 in Führungseingriff stehen. Es kann sich um eine Ausgestaltung zur Bildung einer Gleitführung oder zur Bildung einer Wälzführung handeln.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Führungsschiene 24 einstückig mit dem Antriebsgehäuse 2 ausgebildet. Allerdings bezieht sich die Einstückigkeit zweckmäßigerweise lediglich auf einen rippenartig vom Antriebsgehäuse 2 wegragenden, über die gesamte Länge des Antriebsgehäuses 2 durchgehenden Grundkörper 27, der mithin aus dem gleichen Material wie das Antriebsgehäuse 2 besteht. Es handelt sich dabei zweckmäßigerweise um Aluminiummaterial oder um ein anderes, nicht ferromagnetisches Material, das aus noch zu erläuternden Gründen in der Lage ist, ein Magnetfeld durchzulassen.
Das Antriebsgehäuse kann zusammen mit dem Grundkörper 27 durch Strangpressen hergestellt werden.
Wenn im Betrieb nur geringe Querkräfte zu erwarten sind, insbesondere bei sehr kleinbauenden Linearantrieben, kann sich die Einstückigkeit auf die gesamte Führungsschiene 24 beziehen, oder anders ausgedrückt, die Führungsschiene 24 wird unmittelbar von dem Grundkörper 27 gebildet. In diesem Fall sind dann die Führungsbahnen 25 direkt an dem Grundkörper 27 ausgebildet.
Ist hingegen eine stärkere Belastung zu erwarten, empfiehlt es sich, die Führungsbahnen 25 an gesonderten Führungsleisten 28 vorzusehen, mit denen der Grundkörper 27 bestückt ist. Diese können dann aus einem verschleißfesten Material hergestellt werden, dessen Auswahl unabhängig von der Materialwahl des Grundkörpers 27 ist. Sie bestehen beispielsweise aus gehärtetem Stahl.
Der Linearantrieb 1 ist mit Positionserfassungsmitteln ausgestattet, die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 32 versehen sind. Mit ihnen ist es möglich, jede momentane Axialposition des Führungsschlittens 14 mit Bezug zum Antriebsgehäuse 2 zu ermitteln. Auf diese Weise ist eine präzise Ansteuerung des Linearantriebes 1 möglich und kann der Linearantrieb 1 in eine elektronische Steuerung integriert werden. Es ist dann möglich, die Betätigung des Antriebsteils 7 positionsabhängig zu steuern und auch positionsabhängig beliebige sonstige Funktionen zu veranlassen, beispielsweise das Betätigen eines anderen Linearantriebes oder einer die Last 16 bildenden Greifvorrichtung.
Die Positionserfassungsmittel 32 enthalten eine längliche, bevorzugt stabartig ausgebildete Messstreckeneinheit 33, die sich, in einem Gehäuse geschützt untergebracht, entlang des Verfahrweges des Führungsschlittens 14 erstreckt. Dieses Gehäuse ist unmittelbar von der Führungsschiene 24 gebildet, die einen den Grundkörper 27 in Längsrichtung durchsetzenden Aufnahmekanal 34 aufweist, in die die Messstreckeneinheit 33 von einer Stirnseite her eingeschoben ist.
Der Aufnahmekanal 34 geht zweckmäßigerweise über die gesamte Länge der Führungsschiene 24 durch und mündet zu beiden Stirnseiten aus. Wird die Führungsschiene 24 bei der Herstellung des Antriebsgehäuses 2 mit angeformt, wird bei dem entsprechenden Strangpressvorgang zweckmäßigerweise auch gleichzeitig der Aufnahmekanal 34 ausgebildet. Dadurch erreicht man eine exakte Parallelität zwischen der Längsachse 45 des Aufnahmekanals 34 und derjenigen der Führungsschiene 24.
Bei Bedarf kann der Aufnahmekanal 34 allerdings auch durch andere gängige Fertigungsmethoden in die Führungsschiene 24 eingebracht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Führungsschiene 24 eine bezüglich des Antriebsgehäuses 2 gesonderte Komponente ist, wie es in Figur 2 durch eine strichpunktierte Trennungslinie bei 35 angedeutet ist und wie dies auch in Figur 3 zum Ausdruck kommt. Es kann sich dann bei dem Aufnahmekanal 34 beispielsweise um eine Bohrung handeln.
Bei allen Ausführungsbeispielen empfiehlt sich eine kreiszylindrische Ausgestaltung des Aufnahmekanals 34, wobei die Messstreckeneinheit 33 bevorzugt eine komplementäre, kreiszylindrische Außenkontur besitzt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die eingeschobene Messstreckeneinheit 33 ohne sonstige Querabstützmaßnahmen sehr präzise in dem Aufnahmekanal 34 gehalten wird.
An einem Endbereich der Messstreckeneinheit 33 befindet sich ein Befestigungskörper 36. Er kann im eingeschobenen Zustand der Messstreckeneinheit 33 am Antriebsgehäuse 2 und/oder am zugeordneten Gehäusedeckel 4 lösbar befestigt werden. Auf diese Weise ist die Messstreckeneinheit 33 gehäusefest fixiert.
Bevorzugt am gleichen Endbereich der Messstreckeneinheit 33 ist eine elektronische Auswerteeinheit 37 angeordnet, die über ein Kabel 38 oder durch sonstige Verbindungsmaßnahmen mit einer externen Steuereinrichtung koppelbar ist. Sie kann bei Bedarf in den Befestigungskörper 36 integriert sein und liefert die gewünschten Positionssignale. Es ist allerdings durchaus möglich, die Auswerteeinheit nicht direkt an der Messstreckeneinheit 33 vorzusehen, sondern extern zu platzieren.
Der Aufnahmekanal 34 ist umfangsseitig ringsum geschlossen. Auf diese Weise ist die Messstreckeneinheit 33 vor Umgebungseinflüssen gut geschützt.
Die Messstreckeneinheit 33 wird von einer permanentmagnetischen Betätigungseinheit 42 betätigt, die sich unmittelbar an Bord des Führungsschlittens 14 befindet. Die Betätigungseinheit 42 macht somit die Linearbewegung des Führungsschlittens 14 mit.
Die Betätigungseinheit 42 gibt ständig ein Magnetfeld aus, das in der Lage ist, durch die zumindest partiell aus magnetfelddurchlässigem Material bestehende Führungsschiene 24 hindurch zur Messstreckeneinheit 33 zu gelangen. Beim Ausführungsbeispiel können die Feldlinien der permanentmagnetischen Betätigungseinheit 42 den aus magnetfelddurchlässigem Material bestehenden Grundkörper 27 durchdringen und mit großer Feldstärke auf die Messstreckeneinheit 33 einwirken.
Eine besonders hohe Magnetkraft trotz kompakter Abmessungen der Betätigungseinheit 42 ist realisierbar, wenn die Betätigungseinheit 42 im Innern des Führungsschlittens 14 untergebracht ist und dabei unmittelbar über der Führungsschiene 24 sitzt, möglichst in Bodennähe des Führungsschlittens 14, wie dies aus Figur 2 gut hervorgeht. Die Betätigungseinheit 42 kann hier pillenartig kompakt ausgebildet sein. Bevorzugt sitzt sie in einer von der Außenfläche her in den Führungsschlitten 14 eingebrachten sacklochartigen Aufnahme 43, wobei diese Aufnahme 43 durch einen eingepressten Verschlussdeckel 44 oder durch sonstige Maßnahmen verschlossen werden kann, sodass die Betätigungseinheit 42 unverlierbar gehalten ist.
Bevorzugt ist die Anordnung so getroffen, dass die Längsachse 6 des Innenraumes 3, die Längsachse 45 des Aufnahmekanals 34 und die Betätigungseinheit 42 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Die Betätigungseinheit 42 ist bevorzugt auf der dem Innenraum 3 radial entgegengesetzten Seite des Aufnahmekanals 34 am Führungsschlitten 14 angeordnet. Die Aufnahme 43 kann in einer Tragfläche 48 des Führungsschlittens 14 ausgebildet sein, auf der die zu transportierende Last 16 platziert wird und die zweckmäßigerweise auch mit den Befestigungsmitteln 15 ausgestattet ist.
Die Positionserfassungsmittel 32 arbeiten bevorzugt auf magnetostriktivem Prinzip. In diesem Zusammenhang enthält die Messstreckeneinheit 33 beim Ausführungsbeispiel einen sich linear erstreckenden Schallwellenleiter 46, der aus einem für Magnetostriktion geeigneten Material besteht. Er ist mit der elektronischen Auswerteeinheit 37 gekoppelt oder koppelbar. Beim Ausführungsbeispiel ist er rohrförmig ausgebildet, wobei seine Außenkontur der Innenkontur des Aufnahmekanals 34 entspricht. Parallel zu diesem Schallwellenleiter 46 erstreckt sich ein beispielsweise von einem einfachen Draht gebildeter elektrischer Leiter 47, der beim Ausführungsbeispiel konzentrisch in dem rohrförmigen Schallwellenleiter 46 angeordnet ist.
Im Betrieb der Positionserfassungsmittel wird der elektrische Leiter 47 impulsmäßig bestromt. Ein durch den elektrischen Leiter 47 hindurchgeschickter kurzer Stromstoß erzeugt ein wanderndes Magnetfeld, das an der Stelle, wo sich die Betätigungseinheit 42 momentan befindet, lokal vom Magnetfeld dieser Betätigungseinheit 42 überlagert wird. Auf diese Weise erfährt der Schallwellenleiter 46 infolge Magnetostriktion eine mechanische Verspannung, die auf dem Schallwellenleiter 46 eine Torsionswelle auslöst, welche sich mit Schallgeschwindigkeit fortsetzt und am Ende des Schallwellenleiters 46 in elektrische Impulse umgesetzt wird. Die Zeit zwischen dem Auftreten dieser elektrischen Impulse und dem anfänglichen Stromimpuls ermöglicht in der Auswerteeinheit 37 die Bestimmung der aktuellen Position der Betätigungseinheit 42 und somit des diese tragenden Führungsschlittens 14.

Claims (18)

  1. Linearantrieb, mit einem Antriebsgehäuse (2), in dem mindestens ein zu einer Antriebsbewegung antreibbares Antriebsteil (7) angeordnet ist, das mit einem Führungsschlitten (14) bewegungsgekoppelt ist, an dem Befestigungsmittel (15) zum Befestigen einer zu bewegenden Last vorgesehen sind und der an mindestens einer Führungsschiene (24) einer außen am Antriebsgehäuse (2) angeordneten Linearführung (23) derart linear verschiebbar geführt ist, dass die durch die zu bewegende Last (16) auf ihn einwirkenden Querkräfte von der Linearführung (23) aufgenommen werden, und mit Positionserfassungsmitteln (32) für den Führungsschlitten (14), die eine sich in einem Gehäuse längs des Verfahrweges des Führungsschlittens (14) erstreckende, elektronisch auswertbare Messstreckeneinheit (33) und eine mit dem Führungsschlitten (14) bewegungsgekoppelte permanentmagnetische Betätigungseinheit (42) zur Betätigung der Messstreckeneinheit (33) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstreckeneinheit (33) in einem in einer Führungsschiene (24) der Linearführung (23) ausgebildeten, umfangsseitig geschlossenen Aufnahmekanal (34) sitzt, sodass diese Führungsschiene (24) unmittelbar das Gehäuse für die Messstreckeneinheit (33) bildet, und dass sich die Betätigungseinheit (42) unmittelbar an Bord des Führungsschlittens (14) befindet.
  2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (23) eine einzige Führungsschiene (24) aufweist, die von dem Führungsschlitten (14) reiterartig umgriffen wird.
  3. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Gehäuse für die Messstreckeneinheit (33) bildende Führungsschiene (24) einstückig mit dem Antriebsgehäuse (2) verbunden ist.
  4. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Gehäuse für die Messstreckeneinheit (33) bildende Führungsschiene (24) ein bezüglich des Antriebsgehäuses (2) gesondertes Bauteil ist.
  5. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) zumindest partiell aus magnetfelddurchlässigem Material besteht, um dem Magnetfeld der permanentmagnetischen Betätigungseinheit (42) in jeder Position des Führungsschlittens (14) einen Zugang zur Messstreckeneinheit (33) zu ermöglichen.
  6. Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) einen aus magnetfelddurchlässigem Material bestehenden, den Aufnahmekanal (34) aufweisenden Grundkörper (27) aufweist, der mit aus einem verschleißfesten Material bestehenden, für die Lagerung des Führungsschlittens (14) zuständigen Führungsleisten (28) bestückt ist.
  7. Linearantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem magnetfelddurchlässigen Material um Aluminiummaterial oder ein anderes nicht ferromagnetisches Material handelt.
  8. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als fluidbetätigter Linearantrieb.
  9. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als elektrischer Linearantrieb.
  10. Linearantrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen kolbenstangenlosen Linearantrieb handelt.
  11. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungsmittel (32) auf magnetostriktivem Prinzip arbeitend ausgeführt sind.
  12. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstreckeneinheit (33) einen sich linear erstreckenden Schallwellenleiter (46) aus für Magnetostriktion geeignetem Material aufweist, der mit einer elektronischen Auswerteeinheit (37) gekoppelt oder koppelbar ist.
  13. Linearantrieb nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen sich parallel zu dem Schallwellenleiter (46) erstreckenden elektrischen Leiter (47) zur impulsmäßigen Bestromung.
  14. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (42) im Innern des Führungsschlittens (14) untergebracht ist.
  15. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (6) eines das Antriebsteil (7) enthaltenden Innenraumes (3) des Antriebsgehäuses (2), die Längsachse (45) des Aufnahmekanals (34) und die Betätigungseinheit (42) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
  16. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekanal (34) eine zur Außenkontur der Messstreckeneinheit (33) komplementäre Innenkontur besitzt.
  17. Linearantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekanal (34) und die Messstreckeneinheit (33) kreiszylindrisch ausgebildet sind.
  18. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstreckeneinheit (33) von einer Stirnseite her in den Aufnahmekanal (34) der Führungsschiene (24) eingeschoben ist.
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